双节段颈前路椎间盘切除融合术应用零切迹系统或钢板联合融合器固定后颈椎生物力学变化的三维有限元研究

目的:通过三维有限元分析法比较双节段颈椎前路椎间盘切除融合术(anterior cervical discectomy and fusion,ACDF)应用零切迹(zero-profile,ZP)系统与钢板联合融合器(cage-and-plate,CP)固定后颈椎的生物力学变化。方法:采集1例正常成年女性志愿者颈椎C3~C7节段CT扫描数据,建立C3~C7颈椎有限元模型并通过对比前期研究验证模型有效性。ZP固定模型与CP固定模型的手术节段均设定为C4/5与C5/6节段。在C3椎体上方施加轴向压缩负荷73.6N的模拟重力,并逐步施加1.8N·m的转矩,进而模拟屈伸、侧屈及轴向旋转等颈椎运动。测定并比较手术模型融合节段活动度(range of motion,ROM)、邻近节段椎间盘内应力、C5椎体及融合器装置应力。结果:CP固定模型融合节段的ROM在屈伸、侧屈、旋转位均明显小于ZP固定模型;CP固定模型相邻节段(C3/4、C6/7)的椎间盘内应力均远远高于ZP固定模型,两种模型融合节段上方的椎间盘内应力均高于融合节段下方;各工况下,ZP固定模型的C5椎体应力均明显高于CP固定模型,在前屈位时,两模型C5椎体应力最小(ZP固定模型为7.36Mpa,CP固定模型为2.01Mpa);各工况下,ZP固定模型的C4/5、C5/6椎间融合器的应力均大于CP固定模型。结论:相较于CP固定,ACDF术中应用ZP固定对手术节段的限制更小,手术节段ROM更高、微运动更多,融合器及中间椎体应力更大,术后更易发生融合器下沉甚至中间椎体塌陷。

口周力对单侧完全性唇腭裂术后患者上颌骨生长发育影响的三维有限元研究

目的:用三维有限元分析方法研究替牙期单侧完全性唇腭裂(UCLP)患者上颌骨在静息状态口周力作用下的生物力学特点。方法:提取1名替牙期UCLP患者的CBCT图像,建立上颌骨复合体三维有限元模型,选择双侧切牙区、尖牙区、第一和第二前磨牙/乳磨牙区、第一恒磨牙区的唇(颊)舌侧的牙槽突区作为施力部位,垂直于牙槽突表面施加前期研究所获得的口周力值,分析模拟口周力作用后上颌骨的应力及位移变化。结果:在口周力的作用下,上颌骨的健、裂侧在三维方向上均发生应力及位移的改变。VonMises应力分布比较均匀。位移的方向主要是向后向内,前段向后移位最明显,健侧中后段大于裂侧。健、裂侧和前后部的抑制作用分别呈现出不对称性及不均衡性,唇颊侧压力较大或(和)舌侧压力较小。结论:口周力对UCLP患者上颌骨的生长发育在三维方向上有不同程度地抑制,矢状向抑制程度最大,前段受抑制最明显。

不同前牙唇倾度及内收压低步距下隐形矫治器作用的比较:三维有限元研究

目的:应用有限元分析法探究使用隐形矫治器治疗不同前牙唇倾度以及不同内收压低移动步距下,以分步法内收前牙的牙齿移动特点。方法:建立使用隐形矫治器分步法内收上颌前牙的有限元模型,依据中切牙及侧切牙的唇倾度分为工况1:U1-SN=105°、工况2:U1-SN=115°、工况3:U1-SN=125°,牙齿移动总步距为0.2 mm,包括沿牙合平面的内收以及沿牙体长轴方向的压低,每组工况以内收量a:0.18 mm、b:0.14 mm、c:0.10 mm进行分组,分析上述不同情况下的牙齿移动特点。结果:在不同前牙唇倾度以及内收模式下,中切牙、侧切牙均表现为牙冠向舌侧、牙根向唇侧的倾斜移动,第二前磨牙至第二磨牙表现为牙冠向近中的倾斜移动。内收步距越大,前牙冠舌向位移量越大,前牙转矩改变量越大,第二前磨牙至第二磨牙牙冠近中移动量越大。结论:无托槽隐形矫治器在内收前牙时引起前牙的舌倾及伸长、后牙的近中倾斜,其移动量与内收步距呈正比,预设计的前牙绝对压低量无法抵消由牙齿内收引起的相对伸长量。

无托槽隐形矫治器联合微种植钉牵引内收上前牙的三维有限元研究

目的:研究使用无托槽隐形矫治器治疗拔牙病例时,在关闭间隙阶段辅助种植钉与尖牙长牵引钩间200g弹性牵引时,前后牙的位移、牙周膜应力变化情况,为无托槽隐形拔牙矫治生物力学设计提供理论依据。方法:获取志愿者上颌骨CT数据,利用Mimics、Geomagic、Unigraphics NX等建立减数第一前磨牙的三维有限元模型,在Abaqus中加载并计算,分析厚度为0.4mm的无托槽隐形矫治器在整体回收前牙0.2mm时,不设计牵引(工况一)及第二前磨牙近中支抗与尖牙长牵引钩(power-arm)进行200g弹性牵引时(工况二),各牙牙周膜应力分布和位移趋势的变化规律。结果:单纯内收前牙时,切牙呈舌向倾斜移动伴伸长,中切牙舌倾0.378°、侧切牙舌倾0.444°、尖牙远中倾斜0.674°,第一磨牙近中倾斜0.27°;应力集中位于颈部及根尖区。工况二中各牙移动量及倾斜移动趋势均减小:各牙切端/牙尖位移减小25.13%(尖牙)~54.46%(侧切牙),倾斜角度减小25.93%(第一磨牙)~31.75%(尖牙),尖牙呈远中舌向倾斜;颈部及根尖区的牙周膜应力均有减小,最大等效应力减小约25.67%。结论:无托槽隐形矫治器在前牙整体内收关闭间隙时,联合种植支抗与尖牙间牵引可在一定程度上减少前牙及前磨牙的倾斜移动,对抗前牙垂直向伸长,保护磨牙支抗,同时减轻牙周膜应力。

无托槽隐形矫治器联合种植支抗内收上前牙的三维有限元研究

目的:研究在正畸治疗拔除上颌第一前磨牙时,使用无托槽隐形矫治器整体内收上前牙及内收同时辅助种植支抗与不同牵引力牵引时,对前、后牙的影响。方法:获取志愿者上颌骨数据,建立三维有限元模型,在Abaqus中加载并计算。分析无托槽隐形矫治器在整体内收、内收同时辅助种植支抗与尖牙上牵引钩进行200g、450g牵引时对前、后牙牙周膜应力分布和位移趋势的影响。结果:单纯整体内收时上前牙呈远中舌向倾斜移动伴伸长;后牙呈近中倾斜移动伴压低。辅助种植支抗进行200g及450g牵引后,前牙倾斜移动及伸长趋势减小,尖牙呈现不同程度的整体远中移动趋势,后牙近中倾斜移动及压低趋势减小。结论:无托槽隐形矫治器联合种植支抗在内收前牙过程中不能明显改善"过山车"效应,应在材料性质和矫治设计上加以改进。

无托槽隐形矫治器整体内收与分步内收下颌前牙的三维有限元对比分析

目的:运用三维有限元法模拟研究下颌拔牙病例分步内收前牙时牙齿移动趋势和牙周膜应力分布,并与整体内收对比以探究分步内收设计的特点和优劣。方法:通过软件分析和模拟,构建出符合解剖规律的下颌牙列、牙周膜、牙槽骨联合模型,再根据具体整体内收和分步内收的设计分别构建共6副无托槽隐形矫治器模型。通过三维有限元运算,模拟矫治器加力下各结构的受力情况,对比分析得出结论。结果:(1)膜片厚度的影响:膜片厚度对无托槽隐形矫治器治疗下的牙齿牙周膜受力有明显的影响,较厚的无托槽隐形矫治器矫治下的牙齿牙周膜受力明显增大。(2)牙周膜应力分布:下颌单根牙牙周膜Von Mises等效应力集中在牙颈部及根尖区,最大等效应力出现在牙颈部;对于下颌多根牙,牙周膜Von Mises等效应力集中在牙颈部、根尖区、根分叉区,最大等效应力出现在牙颈部。(3)支抗保护:相较于整体内收前牙而言,分步内收前牙可以减轻后牙区段牙周膜所受应力大小,并使得后牙具有更小的初始位移趋势。结论:无托槽隐形矫治器治疗下颌拔牙病例,设计分步内收前牙可以降低后牙牙周膜应力,并减少后牙的初始位移量,或有保护后牙支抗的作用。

舌侧矫治技术不同施力方式内收上前牙的三维有限元分析

目的分析不同施力方式下上前牙牙周膜、微种植体的应力分布和上前牙初始位移的变化.方法在包括牙周膜在内的上颌牙、上颌骨、腭侧微种植体及舌侧矫治器的三维有限元模型上,分析当微种植体与牵引钩之间分别用不锈钢丝连接和不锈钢丝+橡皮圈连接施加150g正畸力时,上前牙牙周膜、微种植体的应力分布和上前牙初始位移的变化。结果两组实验结果显示,当种植钉与牵引钩弹性连接时,上前牙在矢状方向和水平方向上内收相对均匀,在垂直方向上均有伸长趋势;上前牙牙周膜、种植钉所受的最大应力值均小于种植钉与牵引钩直接连接时,且最大应力区域分布也较直接连接时均匀。结论个性化舌侧矫治技术中不同施力方式内收上前牙时,种植钉与牵引钩之间宜使用弹性连接;针对上前牙垂直方向上的伸长趋势,应采用打摇椅的措施适当增加压低力和转矩力来抵消这一负面效应。

牵引方向对无托槽隐形矫治器联合种植支抗内收上前牙的生物力学影响

目的:研究无托槽隐形矫治在拔牙病例内收上前牙时,单纯整体内收与内收同时辅助种植支抗与不同高度power arm牵引时前、后牙的生物力学效应。方法:利用CBCT获取志愿者上颌骨数据,通过Mimics、Geomagic、Unigraphics NX等软件建立上颌三维有限元模型,在Abaqus中加载计算,设计无托槽隐形矫治器在单纯整体内收、内收同时辅助种植支抗与尖牙上power arm等高450 g、高位450 g牵引3种工况下的牙周膜等效应力分布、矫治器应力分布及位移趋势,分析其生物力学效应。结果:建立了高精度的上颌三维有限元研究模型,单纯整体内收时上前牙呈远中舌侧倾斜移动伴伸长,后牙呈近中舌侧倾斜移动伴压低。内收同时辅助种植支抗进行等高及高位450 g牵引时,前牙倾斜移动及伸长趋势减小,尖牙呈现不同程度的整体远中移动趋势,后牙近中倾斜移动及压低趋势减小,但变化均不显著。结论:无托槽隐形矫治器在单纯内收及联合种植支抗内收,尚不能实现前牙的整体移动和后牙支抗的保护,应在矫治设计和材料特性上加以改进。

美岱水库面板堆石坝坝体沉降的计算与实际观测

坝体三维有限元静动力仿真研究计算的成果与实际观测的数据较为接近,可以认为计算成果是可靠的。